特許 7606184 伸縮装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-17

(45)【発行日】2024-12-25

(54)【発明の名称】伸縮装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 18/02 20060101AFI20241218BHJP

【ＦＩ】

B25J18/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020090723

(22)【出願日】2020-05-25

(65)【公開番号】P2021186887

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-02-22

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】306024148

【氏名又は名称】公立大学法人秋田県立大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】カヤバ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 敬

(72)【発明者】

【氏名】清野 陸

(72)【発明者】

【氏名】小野寺 健人

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 靖

【審査官】岩▲崎▼ 優

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０５７１８０８７（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平０８－３１８４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２６９００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－０８４９６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６０－０９４２８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弾性を有するテープと、
前記テープがロール状に巻き付けられるリールと、
前記リールへの前記テープの巻き取りと前記リールからの前記テープの繰り出しを行うテープ駆動装置と、
前記リールの回転軸に回転トルクを付与して前記テープに巻き取り方向のテンションを付与するものであって、前記リールに巻き付けられた前記テープの弾性力による繰り出し方向のテンションに比べて同等又は僅かに大きい前記巻き取り方向のテンションを付与するテンション付与手段と、
を備えることを特徴とする伸縮装置。

【請求項2】

請求項１に記載の伸縮装置であって、
前記テンション付与手段は、前記リールが前記テープを繰り出す方向に回転するのに伴って巻き締められるぜんまいばねであることを特徴とする伸縮装置。

【請求項3】

請求項２に記載の伸縮装置であって、
前記ぜんまいばねの中心軸と前記リールの回転軸とは、直線状に連結されることを特徴とする伸縮装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一つに記載の伸縮装置であって、
前記テープ駆動装置は、
前記リールに巻き付けられた前記テープに接触して回転するローラと、
前記ローラを正逆回転させるモータと、
前記リールによる前記テープの巻き取り及び繰り出しに伴って前記リールの回転軸と前記ローラの回転軸の軸間距離を変化させる軸間距離変化手段と、
を有することを特徴とする伸縮装置。

【請求項5】

弾性を有するテープと、
前記テープがロール状に巻き付けられるリールと、
前記リールへの前記テープの巻き取りと前記リールからの前記テープの繰り出しを行うテープ駆動装置と、
前記リールの回転軸に回転トルクを付与して前記テープに巻き取り方向のテンションを付与するテンション付与手段と、を備え、
前記テープ駆動装置は、
前記リールに巻き付けられた前記テープに接触して回転するローラと、
前記ローラを正逆回転させるモータと、
前記リールによる前記テープの巻き取り及び繰り出しに伴って前記リールの回転軸と前記ローラの回転軸の軸間距離を変化させる軸間距離変化手段と、
を有し、
前記軸間距離変化手段は、
前記リールを支持して揺動軸を中心に揺動自在に設けられたスイング部材と、
前記リールと前記ローラが互いに近づく方向に前記スイング部材を付勢する付勢手段と、
を有することを特徴とする伸縮装置。

【請求項6】

請求項５に記載の伸縮装置であって、
前記リールは、前記スイング部材における前記揺動軸と前記付勢手段の取付位置との間であって、前記付勢手段の前記取付位置に隣接して支持されることを特徴とする伸縮装置。

【請求項7】

請求項４から６のいずれか一つに記載の伸縮装置であって、
前記テープは、
前記テープ駆動装置の駆動に伴って伸縮する伸縮部と、
前記リールから前記伸縮部までの非伸縮部と、を有し、
前記非伸縮部における前記テープは、前記ローラのみによって平らに変形することを特徴とする伸縮装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、伸縮装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

高い伸縮比を有すると共に十分な強度を有する伸縮装置として、特許文献１には、バネ鋼板からなるテープと、テープの巻き取り及び繰り出しを行う繰出装置と、を備えるマニピュレータ機構が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－１９６０２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の伸縮装置では、テープはリールにロール状に巻き付けられる。テープはばね鋼からなり、大きな弾性力を有する。そのため、テープをリールから繰り出す際及びテープをリールに巻き取る際に、テープの弾性力によってテープがリールに密着せずに巻き乱れが生じ易いという問題がある。

【0005】

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、テープの巻き乱れを防止することができる伸縮装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る伸縮装置は、弾性を有するテープと、テープがロール状に巻き付けられるリールと、リールへのテープの巻き取りとリールからのテープの繰り出しを行うテープ駆動装置と、リールの回転軸に回転トルクを付与してテープに巻き取り方向のテンションを付与するものであって、リールに巻き付けられたテープの弾性力による繰り出し方向のテンションに比べて同等又は僅かに大きい巻き取り方向のテンションを付与するテンション付与手段と、を備えることを特徴とする。

【0007】

この発明では、伸縮装置はリールの回転軸に回転トルクを付与してテープに巻き取り方向のテンションを付与するテンション付与手段を備えるため、テープがリールに密着した状態を保ちつつ安定したテープの繰り出しと巻き取りを行うことができる。よって、テープの巻き乱れを防止することができる。

【0008】

また、本発明は、テンション付与手段は、リールがテープを繰り出す方向に回転するのに伴って巻き締められるぜんまいばねであることを特徴とする。

【0009】

この発明では、ぜんまいばねは、その弾性力によってリールに対してテープを巻き取る方向の回転トルクを常時付与することができる。

【0010】

また、本発明は、ぜんまいばねの中心軸とリールの回転軸とは、直線状に連結されることを特徴とする。

【0011】

この発明では、ぜんまいばねはリールと別体に設けられるため、リールへのテープの巻き取り長さの仕様に応じて、最適なぜんまいばねに容易に交換することができる。

【0012】

また、本発明は、テープ駆動装置は、リールに巻き付けられたテープに接触して回転するローラと、ローラを正逆回転させるモータと、リールによるテープの巻き取り及び繰り出しに伴ってリールの回転軸とローラの回転軸の軸間距離を変化させる軸間距離変化手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、弾性を有するテープと、テープがロール状に巻き付けられるリールと、リールへのテープの巻き取りとリールからのテープの繰り出しを行うテープ駆動装置と、リールの回転軸に回転トルクを付与してテープに巻き取り方向のテンションを付与するテンション付与手段と、を備え、テープ駆動装置は、リールに巻き付けられたテープに接触して回転するローラと、ローラを正逆回転させるモータと、リールによるテープの巻き取り及び繰り出しに伴ってリールの回転軸とローラの回転軸の軸間距離を変化させる軸間距離変化手段と、を有し、軸間距離変化手段は、リールを支持して揺動軸を中心に揺動自在に設けられたスイング部材と、リールとローラが互いに近づく方向にスイング部材を付勢する付勢手段と、を有することを特徴とする。

【0013】

これらの発明では、リールに巻き付けられたテープの直径が変化しても、ローラの回転をテープに安定して伝達することができる。

【0014】

また、本発明は、リールは、スイング部材における揺動軸と付勢手段の取付位置との間であって、付勢手段の取付位置に隣接して支持されることを特徴とする。

【0015】

この発明では、リールに巻き付けられたテープはローラに対して強く押し付けられるため、ローラの回転をテープに安定して伝達することができる。

【0016】

また、本発明は、テープは、テープ駆動装置の駆動に伴って伸縮する伸縮部と、リールから伸縮部までの非伸縮部と、を有し、非伸縮部におけるテープは、ローラのみによって平らに変形することを特徴とする。

【0017】

この発明では、非伸縮部におけるテープの剛性を高めることができる。また、ローラは、テープの繰り出しと巻き取りを行う機能と、テープを平らに変形させる機能との２つの機能を有するため、部品点数が削減され構造の簡素化が図られる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、テープの巻き乱れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態に係る伸縮装置を示す模式図であり、伸縮部が伸長した状態である。

【図2】本発明の実施形態に係る伸縮装置を示す模式図であり、伸縮部が収縮した状態である。

【図3】テープの断面図であって、テープの長手方向に垂直な断面を示す図である。

【図4】結束板の平面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る伸縮装置におけるテープ駆動装置の底面模式図である。

【図6】テープに作用するテンションを示す図である。

【図7】本発明の実施形態に係る伸縮装置の変形例を示す模式図である。

【図8】本発明の実施形態に係る伸縮装置の変形例を示す模式図であって、（ａ）は伸縮部が伸長した状態のテープ駆動装置の図であり、（ｂ）は伸縮部が収縮した状態のテープ駆動装置の図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る伸縮装置１００について説明する。

【0021】

図１に示すように、伸縮装置１００は、弾性を有するテープ１と、テープ１がロール状に巻き付けられるリール５と、リール５へのテープ１の巻き取りとリール５からのテープ１の繰り出しを行うテープ駆動装置３０と、テープ１に巻き取り方向のテンションを付与するテンション付与手段としてのぜんまいばね４０と、を備える。

【0022】

伸縮装置１００は、テープ１を伸縮させて駆動対象物１０１を動かしたり、テープ１にハンド１０２（図７参照）等のアタッチメントを取り付けてマニピュレータとして用いられるものである。

【0023】

テープ１は、弾性を有する材料にて形成され、本実施形態では、ステンレスばね鋼にて形成される。テープ１は、ステンレスばね鋼に限らず、適度なばね性と剛性を有する材料で形成されればよく、合成樹脂や、合成樹脂に繊維（炭素繊維、ガラス繊維）や金属を組み合せた複合材料にて形成してもよい。

【0024】

図３に示すように、テープ１は、長手方向に垂直な断面が円弧状に形成され、凸面１ａと凹面１ｂを有する。テープ１は、外力が作用していない状態では、長手方向に直線状に形成される。テープ１は、断面円弧状であるため、長手方向からの外力に対しては高い剛性を示し、容易に折れ曲がることはない。一方、長手方向と垂直な方向からの外力に対しては折れ曲がり、外力が除去されると元の直線状に弾性復帰する。

【0025】

図１に示すように、テープ駆動装置３０は、ケース３５と、リール５に巻き付けられたテープ１に接触して回転するローラ３１と、ローラ３１を正逆回転させるモータ３２と、ローラ３１とリール５を互いに近づく方向に付勢する付勢手段としてのコイルばね３３と、を有する。モータ３２の駆動によりローラ３１が回転することによって、リール５へのテープ１の巻き取りとリール５からのテープ１の繰り出しが行われる。具体的には、モータ３２が正転駆動することによってリール５からテープ１が繰り出され、モータ３２が逆転駆動することによってリール５にテープ１が巻き取られる。ケース３５には、ケース３５内へのテープ１の出入りを案内するガイド部３５ａが設けられる。ガイド部３５ａには、テープ１が摺動自在に挿通し、テープ１を案内する円弧状のガイドスリットが形成される。

【0026】

伸縮装置１００は、テープ１を１８０度折り返す折返装置５０をさらに備える。テープ１は、１本の連続したテープからなり、テープ駆動装置３０から繰り出された後、折返装置５０にて１８０度折り返され、末端がテープ駆動装置３０のケース３５に固定される。このように、テープ１は、折返部２と固定端３とを有する。

【0027】

折返装置５０では、折返部２は、テープ１の凸面１ａが外側となる方向に曲げられる。これは、断面円弧状であるテープ１は、凸面１ａが外側となる方向には比較的容易に曲がる一方、凹面１ｂが外側となる方向に曲がるには大きな力が必要になるためである。折返部２はテープ１の凸面１ａが外側となる方向に曲げられているため、折返装置５０においてテープ１はスムーズに送られる。なお、リール５に巻き付けられているテープ１も、凸面１ａが外側となる方向に曲げられて巻き付けられている。

【0028】

テープ駆動装置３０からテープ１が繰り出されると、テープ１の繰り出し量に応じて、テープ１の折返部２は固定端３から離れる方向（図１中上方向）へ移動する。一方、テープ駆動装置３０がテープ１を巻き取ると、テープ１の巻き取り量に応じて、テープ１の折返部２は固定端３に近づく方向（図１中下方向）へ移動する。このように、テープ１は、折返部２が自由端として機能し、テープ駆動装置３０の駆動に伴って折返部２と固定端３の間の長さが変化する。一方、テープ１におけるリール５とケース３５のガイド部３５ａの間の長さは変化しない。つまり、テープ１におけるガイド部３５ａから折返部２を経由して固定端３にわたる部分が、テープ駆動装置３０の駆動に伴って伸縮する伸縮部１０として機能し、テープ１におけるリール５からガイド部３５ａまでの部分、つまり、テープ１におけるリール５から伸縮部１０までの部分が、テープ駆動装置３０が駆動したとしても伸縮しない非伸縮部２０として機能する。駆動対象物１０１は折返装置５０のケース５１に取り付けられるため、伸縮部１０を伸縮させることによって、駆動対象物１０１を動かすことができる。

【0029】

伸縮部１０は、先端部に形成されテープ１が１８０度折り返された折返部２と、テープ１の末端が固定された固定端３とを有するため、２本のテープ１が重なった二重に形成される。したがって、例えば、テープ駆動装置３０からテープ１が１ｍ繰り出されると、駆動対象物１０１は図１中０．５ｍ上方向へ移動し、テープ駆動装置３０がテープ１を１ｍ巻き取ると、駆動対象物１０１は図１中０．５ｍ下方向へ移動する。伸縮部１０はテープ１が二重に形成されるため、長手方向の剛性が増し、重量のある駆動対象物１０１を支持して駆動することが可能となる。

【0030】

伸縮部１０には、長手方向に間隔を空けて配置され、２本のテープ１を束ねる複数の結束板１１が設けられる。２本のテープ１は、図４に示すように、互いの凹面１ｂが対向するように結束板１１によって束ねられる。結束板１１には、テープ１の外形形状と相似形状であってテープ１の外形形状よりも僅かに大きい円弧状の２つのガイドスリット１１ａが形成される。テープ１は、ガイドスリット１１ａを摺動自在に挿通し、伸縮部１０の伸縮時にはガイドスリット１１ａに案内されて送られる。

【0031】

図１に示すように、隣り合う結束板１１は、紐１２によって互いに連結されており、隣り合う結束板１１を連結する紐１２の長さによって隣り合う結束板１１の間隔が設定される。折返装置５０に一番近い結束板１１（図１中最上方の結束板１１）は、紐１２によって、折返装置５０のケース５１に取り付けられる。このように、各結束板１１は、紐１２を介して折返装置５０に吊り下げられる。また、テープ駆動装置３０に一番近い結束板１１（図１中最下方の結束板１１）は、紐１２によって、テープ駆動装置３０のケース３５に取り付けられる。紐１２が全体にわたって張った状態が、伸縮部１０の最大伸長状態となる（図１に示す状態）。紐１２に代わりロープや針金を用いてもよい。

【0032】

テープ１の伸縮部１０に過大な外力が作用し、伸縮部１０がある部分で折れ曲がったとしても、伸縮部１０のテープ１は複数の結束板１１にて束ねられて支持されているため、外力が除去されると元の直線状に弾性復帰する。換言すれば、伸縮部１０のテープ１は、複数の結束板１１によって支持されていることにより、外力に対して折れ曲がることが防止されている。隣り合う結束板１１の間隔は、伸縮部１０の基端部である固定端３から先端部である折返部２に向かって徐々に大きくなるように配置される。これは、伸縮部１０には、基端側ほど大きな負荷が作用するためである。結束板１１の数、及び隣り合う結束板１１の間隔は、伸縮部１０の長さ、駆動対象物１０１の重量、伸縮装置１００の用途、及びテープ１の剛性等を考慮して設定される。

【0033】

テープ１の固定端３とテープ駆動装置３０のケース３５との間には、圧力検出器としての圧力センサ６０が設けられる。ケース３５は固定端３を通じて伸縮部１０に作用する荷重を支持する機能も有するため、圧力センサ６０の検出結果に基づいて伸縮部１０に作用する荷重を算出することができる。圧力センサ６０の検出結果に基づいて、伸縮部１０に作用する過負荷を判定したり、伸縮部１０の折れ曲がりを判定したりすることが可能となる。また、ケース３５のガイド部３５ａに、テープ１の繰り出し量と巻き取り量を検出して、伸縮部１０のストロークを検出するストロークセンサを設けるようにしてもよい。ストロークセンサの検出結果に基づいてモータ３２の駆動を制御することによって、伸縮部１０のストロークを制御することが可能となる。なお、ストロークセンサは、後述する折返装置５０におけるケース５１のガイド部５４に設けてもよい。

【0034】

折返装置５０は、ケース５１と、ケース５１に回転自在に設けられテープ１の走行方向を１８０度変更する方向変更ローラ５２と、方向変更ローラ５２に対してテープ１を押し付ける複数のガイドローラ５３と、ケース５１に設けられケース５１内へのテープ１の出入りを案内するガイド部５４と、を有する。本実施形態では、ガイドローラ５３は４つ設けられる。

【0035】

ガイド部５４には、テープ１が摺動自在に挿通し、テープ１を案内する円弧状の２つのガイドスリットが形成される。２つのガイドスリットの形状は、図４に示す結束板１１に形成された２つのガイドスリット１１ａと同じ形状である。

【0036】

ガイド部５４からケース５１内に進入したテープ１は、ガイド部５４から方向変更ローラ５２にかけて徐々に断面円弧状から断面矩形状に変形して略平らな状態で方向変更ローラ５２の外周面に沿って送られる。そして、方向変更ローラ５２からガイド部５４にかけて徐々に断面矩形状から断面円弧状に変形する。このように、テープ１は方向変更ローラ５２によってスムーズに走行方向が変更される。テープ１におけるガイド部５４と方向変更ローラ５２との間の部分は、断面形状が徐々に変化する形状遷移区間となる。この形状遷移区間におけるテープ１は、他の部分と比較して剛性が低いため、折れ曲がり易い。したがって、形状遷移区間におけるテープ１の折れ曲がりを防止するために、形状遷移区間にテープ１の走行を案内するガイドローラ５５を設けることが好ましい。

【0037】

次に、主に図５を参照して、リール５、テープ駆動装置３０、及びぜんまいばね４０について詳しく説明する。

【0038】

ローラ３１は、ケース３５に回転自在に支持される。ローラ３１におけるテープ１に接触する外周部は弾性部材としてのウレタンゴムによって形成される。したがって、テープ１とローラ３１の滑りが防止され、ローラ３１の回転がテープ１に安定して伝達される。

【0039】

モータ３２はケース３５に固定され、モータ３２の回転軸はローラ３１の回転軸３１ａに連結される。なお、減速機を介してモータ３２の回転軸とローラ３１の回転軸３１ａとを連結してもよい。

【0040】

モータ３２の駆動によってローラ３１が回転し、リール５へのテープ１の巻き取りとリール５からのテープ１の繰り出しが行われると、リール５に巻き付けられたテープ１の直径が増減する。リール５に巻き付けられたテープ１の直径が増減したとしても、ローラ３１の回転がリール５に巻き付けられたテープ１に安定して伝達されるように、テープ駆動装置３０は、リール５を支持すると共に揺動軸３４ａを中心に揺動自在にケース３５に設けられたスイング部材３４（図１及び２参照）を有する。

【0041】

スイング部材３４は、プレート状であって、ケース３５の両側板３５ｂに沿って一対設けられる。リール５の回転軸５ａの両端のそれぞれは、一対のスイング部材３４に回転自在に支持される。このように、リール５は、一対のスイング部材３４に挟まれて支持される。

【0042】

リール５は、スイング部材３４における揺動軸３４ａとは反対側に支持されるため（図１参照）、スイング部材３４が揺動軸３４ａを中心として揺動すると、リール５がローラ３１に対して相対移動する。

【0043】

コイルばね３３は、一対のスイング部材３４にわたって設けられたピン３６とケース３５の両側板３５ｂにわたって設けられたピン３７との間にわたって設けられる。スイング部材３４に支持されたリール５は、コイルばね３３の付勢力によってローラ３１に向けて常時付勢される。このように、コイルばね３３は、リール５とローラ３１が互いに近づく方向に、スイング部材３４を付勢する。これにより、リール５に巻き付けられたテープ１はローラ３１に押し付けられて密着し、テープ１とローラ３１の滑りが防止される。また、コイルばね３３の付勢力によりテープ１がローラ３１に押し付けられることによって、テープ１は断面矩形状の略平らな状態でリール５に巻き付けられる。このように、折返装置５０の形状遷移区間と同様に、テープ１におけるガイド部３５ａとリール５との間の部分は、断面形状が徐々に変化する形状遷移区間となる。つまり、非伸縮部２０は形状遷移区間となる。上述したように、形状遷移区間におけるテープ１は、他の部分と比較して剛性が低い。また、形状遷移区間である非伸縮部２０は、テープ１が二重に形成された伸縮部１０と異なり、１本のテープ１にて形成されるため、伸縮部１０と比較して剛性が低い。したがって、形状遷移区間である非伸縮部２０のテープ１の折れ曲がりを防止するために、ガイド部３５ａとリール５との間にテープ１の走行を案内するガイドを設けてもよい。このガイドとしては、例えば、テープ１の凸面１ａ側及び凹面１ｂ側の双方に設けられるテフロン（登録商標）製のすべり部材である。

【0044】

本実施形態では、コイルばね３３はリール５を中心として対称な位置に一対設けられるため、テープ１はローラ３１に対して均一に押し付けられる。また、リール５は、スイング部材３４における揺動軸３４ａとピン３６（コイルばね３３の取付位置）との間であって、ピン３６に隣接して支持される（図１参照）。具体的には、リール５は、スイング部材３４における揺動軸３４ａとピン３６の中央からピン３６寄りに支持される。したがって、テープ１はローラ３１に対して強く押し付けられるため、ローラ３１の回転がテープ１に安定して伝達される。なお、コイルばね３３のばね常数やコイルばね３３の数は、ローラ３１の回転がテープ１に安定して伝達されるように、テープ１の材料や剛性等に応じて適宜調整される。

【0045】

本実施形態では、テープ１におけるリール５から伸縮部１０までの非伸縮部２０において、テープ１を略平らに変形させるのは、テープ１の繰り出しと巻き取りを行うためのローラ３１のみである。テープ１は平らに変形した箇所の剛性が低くなるが、非伸縮部２０において、テープ１が略平らに変形されるのはローラ３１との接触部のみであるため、非伸縮部２０におけるテープ１の剛性の低下は最小限に抑えられる。また、ローラ３１は、テープ１の繰り出しと巻き取りを行う機能と、テープ１を略平らに変形させる機能との２つの機能を有するため、部品点数が削減され構造の簡素化が図られる。

【0046】

リール５へテープ１が巻き取られ、リール５に巻き付けられたテープ１の直径が大きくなると、スイング部材３４はコイルばね３３の付勢力に抗して揺動し、リール５がローラ３１から離れる方向に移動する（図２に示す状態）。一方、リール５からテープ１が繰り出され、リール５に巻き付けられたテープ１の直径が小さくなると、スイング部材３４はコイルばね３３の付勢力によって揺動し、リール５がローラ３１に近づく方向に移動する（図１に示す状態）。このように、スイング部材３４は、リール５によるテープ１の巻き取り及び繰り出しに伴ってリールの回転軸５ａとローラ３１の回転軸３１ａの軸間距離を変化させて、ローラ３１の回転がテープ１に安定して伝達されるように動作する。スイング部材３４及びコイルばね３３が軸間距離変化手段に相当する。

【0047】

ここで、テープ１はリール５にロール状に巻き付けられる。テープ１はばね鋼からなり、大きな弾性力を有するため、リール５に巻き付けられたテープ１には、図６に白色矢印で示すように、径方向に拡がって元の形状である直線状に戻ろうとする力が作用する。このように、リール５に巻き付けられたテープ１には、テープ１の弾性力によって繰り出し方向のテンションが作用する。したがって、テープ１をリール５に巻き取る際に、テープ１の弾性力によって、テープ１がリール５に密着せずにリール５に沿って正しく巻き付かない巻き乱れが生じ易い。

【0048】

本実施形態では、コイルばね３３の付勢力によって、リール５はローラ３１に向けて常時付勢されているものの、コイルばね３３のみによってテープ１の巻き乱れを防止しようとすると、ばね定数が大きいコイルばね３３を使用したり、コイルばね３３の数を増やしたりしてコイルばね３３のばね力を大きくする必要があり、調整が難しい。また、テープ１の巻き乱れを防止するためにコイルばね３３のばね力を大きくすると、テープ１とローラ３１の密着力が大きくなり過ぎて高出力のモータ３２を用いる必要がある。

【0049】

そこで、テープ１の巻き乱れの対策として、伸縮装置１００は、リール５の回転軸５ａに回転トルクを付与してテープ１に巻き取り方向のテンションを付与するぜんまいばね４０を備える。図１に示すように、ぜんまいばね４０は、ケース４１と、ケース４１内に渦巻状に収容され一端がケース４１の内壁に連結されたばね部４２と、ばね部４２の他端が連結された中心軸４３と、を有する。ケース４１は、テープ駆動装置３０のケース３５に固定される。

【0050】

ぜんまいばね４０の中心軸４３は、リール５の回転軸５ａに連結される。リール５がテープ１を繰り出す方向に回転するのに伴って、ばね部４２は中心軸４３を中心として巻き締められる。したがって、図６に黒色矢印で示すように、ばね部４２は、その弾性力によってリール５に対してテープ１を巻き取る方向の回転トルクを付与する。このように、ぜんまいばね４０によって、テープ１には、巻き取り方向のテンションが常時付与される。

【0051】

以上のように、図６に示すように、リール５に巻き付けられたテープ１には、テープ１の弾性力による繰り出し方向のテンション（図６中白色矢印）が作用すると共に、ぜんまいばね４０による巻き取り方向のテンション（図６中黒色矢印）が作用する。これら２つのテンションはほぼバランスしているか、又はぜんまいばね４０による巻き取り方向のテンションの方が僅かに大きい。したがって、リール５に巻き付けられたテープ１は、巻き乱れることなくリール５に密着した状態に保たれる。

【0052】

テープ１が繰り出された状態でモータが停止した際には（図１に示すような状態）、ローラ３１とテープ１の摩擦力によって、リール５は停止した状態に維持される。

【0053】

モータ３２が正転駆動してリール５からテープ１が繰り出される際には、リール５に巻き付けられたテープ１は、ぜんまいばね４０による巻き取り方向のテンションによりリール５に密着した状態を保ちつつリール５から安定して繰り出される。

【0054】

モータ３２が逆転駆動してリール５にテープ１が巻き取られる際には、ぜんまいばね４０による巻き取り方向のテンションによりリール５がテープ１の巻き取りと同調して回転するため、テープ１はリール５に密着した状態を保ちつつ安定して巻き取られる。

【0055】

このように、テープ１はリール５に密着した状態を保ちつつ、リール５から安定して繰り出されると共にリール５に巻き取られる。したがって、リール５には、テープ１の巻き乱れを防止するためのガイドや鍔等を設ける必要がないため、リール５の構造を簡素化することができる。

【0056】

図５に示すように、ぜんまいばね４０の中心軸４３とリール５の回転軸５ａとは直線状に連結される。ぜんまいばね４０は、リール５の内部に収容することも可能ではあるが、その中心軸４３がリール５の回転軸５ａと直線状に連結されることによって、リール５の外部、さらに具体的にはテープ駆動装置３０のケース３５の外部に設けられる。つまり、ぜんまいばね４０はリール５と別体に設けられる。

【0057】

伸縮部１０の長さが長くリール５へのテープ１の巻き取り長さが長い場合には、テープ１の弾性力による繰り出し方向のテンション（図６中白色矢印）が大きくなる。この場合には、テープ１の巻き乱れを防止するため、ばね部４２のばね力を大きくしてぜんまいばね４０による巻き取り方向のテンションを大きくする必要がある。このように、テープ１の巻き取り長さの仕様に応じて、ぜんまいばね４０のサイズを調整する必要がある。本実施形態では、ぜんまいばね４０はリール５と別体に設けられるため、テープ１の巻き取り長さの仕様に応じて、最適なぜんまいばね４０に容易に交換することができる。

【0058】

また、リール５の直径には、テープ１が安定して巻き付けられるための最適な範囲がある。つまり、リール５の直径が大き過ぎても小さ過ぎても安定したテープ１の巻き取りが困難となる。安定したテープ１の巻き取りに最適なリール５の直径は、テープ１の材料や剛性等により異なる。本実施形態では、ぜんまいばね４０はリール５の内部に収容されずリール５と別体に設けられるため、テープ１の材料や剛性等の仕様に応じて最適な直径を有するリール５に容易に交換することができる。また、リール５の直径をぜんまいばね４０の外径よりも小さくすることができ、テープ駆動装置３０をコンパクトに構成することができる。

【0059】

以上のように構成される伸縮装置１００の動作について、図１及び図２を参照して説明する。

【0060】

モータ３２が正転駆動してローラ３１が回転すると、リール５からテープ１が繰り出され、繰り出されたテープ１は、非伸縮部２０から伸縮部１０へと送られる。これにより、伸縮部１０が伸長し（図１中上方向へ伸長）、折返装置５０に取り付けられた駆動対象物１０１は図１中上方向へ移動する。これに伴って、ぜんまいばね４０のばね部４２は中心軸４３を中心として巻き締められるため、リール５に巻き付けられたテープ１は、ぜんまいばね４０による巻き取り方向のテンションによりリール５に密着した状態を保ちつつリール５から安定して繰り出される。リール５からテープ１が繰り出され、リール５に巻き付けられたテープ１の直径が小さくなると、スイング部材３４はコイルばね３３の付勢力によって揺動し、リール５がローラ３１に近づく方向に移動するため、ローラ３１の回転がテープ１に安定して伝達される。

【0061】

伸縮部１０の最大伸長状態（図１に示す状態）では、紐１２が全体にわたって張った状態となり、各結束板１１は紐１２を介して折返装置５０に吊り下げられた状態となる。

【0062】

一方、モータ３２が逆転駆動してローラ３１が回転すると、リール５にテープ１が巻き取られ、伸縮部１０のテープ１は非伸縮部２０へと送られる。これにより、伸縮部１０が収縮し（図１中下方向へ収縮）、折返装置５０に取り付けられた駆動対象物１０１は図１中下方向へ移動する。これに伴って、ぜんまいばね４０のばね部４２は解放されていき、ぜんまいばね４０による巻き取り方向のテンションによりリール５がテープ１の巻き取りと同調して回転するため、テープ１はリール５に密着した状態を保ちつつ安定して巻き取られる。また、巻き取られるテープ１は、コイルばね３３の付勢力によりローラ３１に押し付けられるため、断面円弧状から断面矩形状に変形して略平らな状態でリール５に巻き取られる。さらに、リール５にテープ１が巻き取られ、リール５に巻き付けられたテープ１の直径が大きくなると、スイング部材３４はコイルばね３３の付勢力に抗して揺動し、リール５がローラ３１から離れる方向に移動するため、ローラ３１の回転がテープ１に安定して伝達される。

【0063】

伸縮部１０の最収縮状態（図２に示す状態）では、紐１２は緩んだ状態となり（図２では紐１２の図示を省略）、折返装置５０のケース５１が一端の結束板１１に接触すると共に、テープ駆動装置３０のケース３５が他端の結束板１１に接触して、隣り合う結束板１１が互いに接触した状態となる。このように、伸縮部１０は、折返装置５０のケース５１とテープ駆動装置３０のケース３５との間で隣り合う結束板１１が互いに接触するまで収縮する。

【0064】

リール５からテープ１が繰り出される途中、又はリール５にテープ１が巻き取られる途中で、モータ３２が停止すると、ローラ３１とテープ１の摩擦力によって、リール５は停止した状態に維持され、駆動対象物１０１は伸縮部１０によって保持される。

【0065】

伸縮装置１００の用途としては、天窓の開閉装置や、ドアの開閉装置、車両のリアハッチを開閉するステー等の種々の用途に利用することができる。また、伸縮装置１００は、図７に示すように、駆動対象物１０１に代えて、開閉動作が可能なハンド１０２等のアタッチメントを折返装置５０に取り付けてマニピュレータとしても用いることができる。

【0066】

以下に、上記実施形態の変形例について説明する。以下のような変形例も本発明の範囲内であり、以下の変形例と上記実施形態の構成とを組み合わせたり、以下の変形例同士を組み合わせたりすることも可能である。

【0067】

（１）上記実施形態では、テープ１が断面円弧状である形態について説明した。しかし、テープ１の断面形状は円弧状に限定されず、矩形や円形等であってもよい。

【0068】

（２）上記実施形態では、テープ１が折返部２と固定端３を有する形態について説明した。これに代わり、テープ１を折り返さずに、テープ１の先端部に駆動対象物１０１を取り付けるようにしてもよい。この形態では、伸縮部１０を複数本のテープ１で構成してもよい。具体的には、１つのテープ駆動装置３０から重ね合わされた複数本のテープ１を同時に繰り出すようにしてもよい。また、複数のテープ駆動装置３０からそれぞれ繰り出されたテープ１を束ねるようにしてもよい。

【0069】

（３）上記実施形態では、テープ１に巻き取り方向のテンションを付与するテンション付与手段がぜんまいばね４０である形態について説明した。しかし、テンション付与手段は、テープ１に巻き取り方向のテンションを付与する構成であれば、ぜんまいばね４０に限定されない。例えば、テンション付与手段として、ぜんまいばね４０に代えて電動モータを用いてもよい。その場合には、電動モータの出力軸がリール５の回転軸５ａに連結される。リール５に巻き付けられたテープ１の回転に対して電動モータの回転を差動制御することによって、テープ１に巻き取り方向のテンションが付与される。具体的には、リール５に巻き付けられたテープ１が繰り出し方向に１回転する際には、電動モータはテープ１の繰り出し方向に１回転未満、例えば０．９回転するように制御され、リール５に巻き付けられたテープ１が巻き取り方向に１回転する際には、電動モータはテープ１の巻き取り方向に１回転以上、例えば１．１回転するように制御される。また、テンション付与手段として、トーションバーを用いてもよい。さらに、テンション付与手段として、リール５がテープ１を繰り出す方向に回転するのに伴って空気が圧縮され、その圧縮空気を利用してテープ１に巻き取り方向のテンションを付与するようにしてもよい。

【0070】

（４）上記実施形態では、ぜんまいばね４０の中心軸４３とリール５の回転軸５ａとが直線状に連結される形態について説明した。しかし、ぜんまいばね４０の回転トルクがリール５の回転軸５ａに付与される構成であればよく、ぜんまいばね４０の中心軸４３とリール５の回転軸５ａとを直線状に連結する形態に限定されない。例えば、歯車、チェーン、ベルト等を介して、ぜんまいばね４０の中心軸４３とリール５の回転軸５ａとを連結するようにしてもよい。歯車等を介することによってぜんまいばね４０の中心軸４３とリール５の回転軸５ａとの回転比を変更すれば、ぜんまいばね４０のばね部４２の剛性や巻き数を調整してぜんまいばね４０をコンパクトに構成することができる。

【0071】

（５）上記実施形態では、リール５によるテープ１の巻き取り及び繰り出しに伴ってリール５の回転軸５ａとローラ３１の回転軸３１ａの軸間距離を変化させる軸間距離変化手段として、リール５を支持して揺動軸３４ａを中心に揺動自在に設けられたスイング部材３４と、リール５とローラ３１が互いに近づく方向にスイング部材３４を付勢するコイルばね３３と、を有する揺動式の形態について説明した。これに代わり、軸間距離変化手段は、図８に示す変形例の形態であってもよい。図８（ａ）は伸縮部１０が伸長した状態におけるテープ駆動装置３０の模式図であり、図８（ｂ）は伸縮部１０が収縮した状態におけるテープ駆動装置３０の模式図である。なお、図８（ａ）及び（ｂ）では、ぜんまいばね４０の図示を省略している。図８に示す変形例では、軸間距離変化手段として、ケース３５に固定された一対のレール７０と、一対のレール７０に沿ってスライド自在に設けられリール５の回転軸５ａを支持するスライダ７１と、リール５とローラ３１が互いに近づく方向にスライダ７１を付勢する付勢手段としてのコイルばね７２と、を有する。リール５へテープ１が巻き取られ、リール５に巻き付けられたテープ１の直径が大きくなると、スライダ７１がコイルばね７２の付勢力に抗してレール７０に沿って移動し、リール５がローラ３１から離れる方向に移動する（図８（ｂ）に示す状態）。一方、リール５からテープ１が繰り出され、リール５に巻き付けられたテープ１の直径が小さくなると、スライダ７１がコイルばね７２の付勢力によってレール７０に沿って移動し、リール５がローラ３１に近づく方向に移動する（図８（ａ）に示す状態）。このように、図８に示す変形例は、直動式の軸間距離変化手段である。上記実施形態で説明した揺動式の軸間距離変化手段では、図１及び図２からわかるように、リール５によるテープ１の巻き取り及び繰り出しに伴って、リール５の回転軸５ａは円弧軌道を描くように移動するため、リール５に巻き付けられたテープ１とローラ３１の外周面との接触位置が僅かに変化する。これにより、リール５とローラ３１の間に挟まれるテープ１に作用するテンションが微妙に変化するおそれがある。これに対して、図８に示す変形例では、リール５によるテープ１の巻き取り及び繰り出しに伴って、リール５の回転軸５ａは直線的に移動するため、リール５に巻き付けられたテープ１とローラ３１の外周面との接触位置が変化しない。よって、テープ１に作用するテンションが安定するという利点がある。

【0072】

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

【0073】

伸縮装置１００は、弾性を有するテープ１と、テープ１がロール状に巻き付けられるリール５と、リール５へのテープ１の巻き取りとリール５からのテープ１の繰り出しを行うテープ駆動装置３０と、テープ１に巻き取り方向のテンションを付与するテンション付与手段と、を備える。

【0074】

この構成では、伸縮装置１００はテープ１に巻き取り方向のテンションを付与するぜんまいばね４０を備えるため、テープ１がリール５に密着した状態を保ちつつ安定したテープ１の繰り出しと巻き取りを行うことができる。よって、テープの巻き乱れを防止することができる。

【0075】

また、テンション付与手段は、リール５がテープ１を繰り出す方向に回転するのに伴って巻き締められるぜんまいばね４０である。

【0076】

この構成では、ぜんまいばね４０は、その弾性力によってリール５に対してテープ１を巻き取る方向の回転トルクを常時付与することができる。

【0077】

また、ぜんまいばね４０の中心軸４３とリール５の回転軸５ａとは、直線状に連結される。

【0078】

この構成では、ぜんまいばね４０はリール５と別体に設けられるため、リール５へのテープ１の巻き取り長さの仕様に応じて、最適なぜんまいばね４０に容易に交換することができる。

【0079】

また、テープ駆動装置３０は、リール５に巻き付けられたテープ１に接触して回転するローラ３１と、ローラ３１を正逆回転させるモータ３２と、リール５によるテープ１の巻き取り及び繰り出しに伴ってリール５の回転軸５ａとローラ３１の回転軸３１ａの軸間距離を変化させる軸間距離変化手段（スイング部材３４，コイルばね３３）と、を有する。
また、軸間距離変化手段は、リール５を支持して揺動軸３４ａを中心に揺動自在に設けられたスイング部材３４と、リール５とローラ３１が互いに近づく方向にスイング部材３４を付勢する付勢手段としてのコイルばね３３と、を有する。

【0080】

これらの構成では、リール５に巻き付けられたテープ１の直径が変化しても、ローラ３１の回転をテープ１に安定して伝達することができる。

【0081】

また、リール５は、スイング部材３４における揺動軸３４ａとコイルばね３３の取付位置との間であって、コイルばね３３の取付位置に隣接して支持される。

【0082】

この構成では、リール５に巻き付けられたテープ１はローラ３１に対して強く押し付けられるため、ローラ３１の回転をテープ１に安定して伝達することができる。

【0083】

また、テープ１は、テープ駆動装置３０の駆動に伴って伸縮する伸縮部１０と、リール５から伸縮部１０までの非伸縮部２０と、を有し、非伸縮部２０におけるテープ１は、ローラ３１のみによって平らに変形する。

【0084】

この構成では、非伸縮部２０におけるテープ１の剛性を高めることができる。また、ローラ３１は、テープ１の繰り出しと巻き取りを行う機能と、テープ１を平らに変形させる機能との２つの機能を有するため、部品点数が削減され構造の簡素化が図られる。

【0085】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0086】

１００・・・伸縮装置、１・・・テープ、１ａ・・・テープの凸面、１ｂ・・・テープ１の凹面、２・・・折返部、３・・・固定端、５・・・リール、５ａ・・・リールの回転軸、１０・・・伸縮部、２０・・・非伸縮部、３０・・・テープ駆動装置、３１・・・ローラ、３１ａ・・・ローラの回転軸、３２・・・モータ、３３・・・コイルばね（軸間距離変化手段，付勢手段）、３４・・・スイング部材（軸間距離変化手段）、３４ａ・・・揺動軸、３５・・・ケース、４０・・・ぜんまいばね（テンション付与手段）、４２・・・ばね部、５０・・・折返装置、１０１・・・駆動対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】